clock()による計測の違い

Question

visual studio(windows) 6th-skylake Intel CPU 4.0GHz
gcc linux Debian Intel CPU 1.7GHz
どちらも64bitです。

以下のプログラムをテストしました。
最適化は行っていません。

#include<time.h>
#include<stdio.h>

int main(){
    clock_t start, end;
    int n;
    int d;

    start = clock();

    //scanf("%d", &d);

    for(long i = 0; i < 999999999; i++){
        n = i;
    }

    end = clock();
    printf("%f\n", (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC);

    return 0;
}

gcc : 2.360730
visual studio : 1.624000

となりました。
CPU性能に差があるので、まぁこんなものかなって感じですね。

ところが、scanf()のコメントを外して実行してみると、、、
10秒後くらい経過したら適当にキーを打ちます。
gcc : 2.286145
visual studio : 12.181000

という結果になりまいした。
これって、Linuxの方はscanf()が計測時間に含まれていない・・・ということですよね？？

同じソースをvisual studioとgccでコンパイルすると結果に差が出てきてしまいますよね。（例えばゲームとか・・・）

なぜこのような違いがでてくるんでしょうか？
これをscanf()の待ち時間も計測に含める方法ってあるんでしょうか？

わかる方お願いします。

Answer 1

C++11からまともな時間系ライブラリが追加されました。<chrono>ヘッダにあります。

そのうちstd::chrono::high_resolution_clock::now()関数がご希望にそうと思います。

例:
https://github.com/yumetodo/string_split/blob/master/benchmark/benchmark.cpp#L123-L128

計測用の関数に経過時間を図りたい処理を書いた関数へのポインタを渡してあげないと最適化で計測するものが変わってしまうことが極稀にあります。

Comments

[strike1217]

「まともな」笑

それまでの関数は「まとも」ではないということですね！笑

[strike1217]

C言語の方にはないんですかね？
まともな関数は・・・

[yumetodo]

標準ではうーん・・・。

あと最適化を行わない時間計測は無意味なのでやめましょう。得られる結果がなんの意味も信頼性も持たない。

[strike1217]

そうなんですか！
わかりました。

Answer 2

clockは消費したCPU時間を計ります。
経過時間を計りたければ　gettimeofday(古いので非推奨)とかtime(これは秒単位でしか取れない)とか、clock_gettimeをREALTIME指定で使うとかでしょうか。

Comments

[strike1217]

time()は精度が低下してしまうんですよね。
clock_gettimeは調べてみますね。

Answer 3

clock()をつかってgccとvisualstudioで計測値に差が出てるのは言語の違いではなくてLinuxとWindowsの違いだと思いますよ。
Linuxはscanfの入力待ちでは一切CPUは使いません。
キー入力と入力しつつある文字の表示とかの処理はGUIシステム側のCPU消費とか、OSの割り込み処理のCPU消費としてカウントされてると思います。

Windowsはscanfを呼び出したプログラム自身が結構CPUを使っちゃってるようですね。

追記：
間違いでした。

Linux glibc 2.18 以降のclockはは、 精度を向上させるため、 clock_gettime(2) (の CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID クロック) を使って実装されていいます。以前はtimes()を使ってましたがどっちにしても消費したCPU時間をはかっています。

一方Winowsのclockはwall-clock timeを返す関数(時刻がわかるので差し引きすると経過時間が出る)で「ISO　Cと互換性がない」と書かれています。
https://msdn.microsoft.com/en-us/library/4e2ess30.aspx

そもそも違うものを計っていたと言うことです。

おそらくは、Win321piのGetProcessTimesを使うとかするぼが正解。
C++プログラミングがしたいのならすでに他の方が答えているstd::chrono::high_resolution_clock::now()関数が正解なのでしょう。

Comments

[strike1217]

なるほど！
Linux とWindowsの割り込みの仕組みに違いがあるからということですね。

[strike1217]

windowsはブラックボックスでソースコードの確認ができないので、確認のしようがありませんね〜〜

ふむーーー。

[a_saitoh]

さすがにこのレベルでMSDNのドキュメントに嘘は書いてないと思います

[asm]

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\crt\src\clock.c
C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Source\10.0.16299.0\ucrt\time\clock.cpp
どっちかにあるんじゃないかな

[strike1217]

windows clock と linux clockは別物ということですね。

[strike1217]

あ、正確にはvisual studio のclockとgccのclockは別物ということですね

[strike1217]

clock 関数よりも、clock_gettime関数を使用するほうが良さそうですね！！

[strike1217]

clock_gettime関数
これってwindowsだと使えないんですかね？？？

[yumetodo]

Win32APIというならQueryPerformanceCounter使うのが正確だと記憶しているんですが・・・

[yumetodo]

QueryPerformanceCounterはstd::chrono::high_resolution_clock::now()の実装にも使われることがあるので・・・

[strike1217]

win32 APIを使うと移植性がなくなってしまいますぅ

[yumetodo]

移植性を求めるならstd::chrono::high_resolution_clock::now()一択

[yumetodo]

てっきりここまでの流れは環境依存でもいいやというたぐいの話かと思っていた

[strike1217]

C言語の時間系の関数使えませんね・・・・><

[strike1217]

'CLOCK_REALTIME': undeclared identifier と言われてしまったので、windowsでは使えないようですね。
C言語の時間系関数は使わずに ,
C++ の時間系を使った方が良いみたいですね。

[strike1217]

https://www.mm2d.net/main/prog/c/time-03.html

windowsでも使えるC言語関数なら、timespec_get()というものがあるようですね。

[strike1217]

移植性があり

C++ 11 : std::chrono::high_resolution_clock::now()
C11 : timespec_get()

ということでまとまりました。
ありがとうございます。

[a_saitoh]

linuxのclockはgccではなくglibc(GNU　Cライブラリ)にあります。

[strike1217]

あ、そうですね。すいません。

[a_saitoh]

Visual C++が CのISO規格と違うclockを提供してるのはなぜなんですかねぇ。。。？？その気になれば同じ仕様のclock()も提供可能なはずなんですが。

[strike1217]

う〜〜ん。
それは確かに疑問ですね。

同じソースが使えないというのは不便でならないですね。

[a_saitoh]

標準に準拠しない処理系も含めて移植性を確保するのは不可能なので、ISO C準拠の処理系限定で移植性のあるコードを書くか、機種依存ありで書いて#ifdefとかでソースコードは1つにまとめるか。どっちかではないでしょうか。

[strike1217]

ちょっと待ってください。
逆に、visual studio でscanf()を計測に含めいないようにするには、どうすれば良いんでしょうかね？？？？

[a_saitoh]

Win32APIをたたくか、C++標準クラスライブラリに何か使えそうなものがないか探すんでしょうね。